DE102015205238B4 - A printer having a system for detecting inoperative ink jets in printheads that eject clear material using a translucent substrate - Google Patents
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Abstract
Drucker zum Formen von Objekten, umfassend:ein ebenes Substrat (308) mit einer Oberfläche und mindestens einer Kante längs eines Umfangs des Substrats;einen Druckkopf (22, 26), gestaltet, um Material auf die Oberfläche des Substrats auszustoßen;eine Lichtquelle (314), angeordnet, um Licht in die mindestens eine Kante des Substrats einzustrahlen;einen optischen Sensor (304), angeordnet, um Licht zu empfangen, das von der Oberfläche des Substrats emittiert wird, wobei der optische Sensor (304)so gestaltet ist, dass er Bilddaten erzeugen kann, die der Oberfläche des Substrats entsprechen; undeinen Controller (324), der wirksam mit dem Druckkopf (22, 26), der Lichtquelle (314) und dem optischen Sensor verbunden ist, wobei der Controller (324) so gestaltet ist, dass er den Druckkopf (22, 26) betätigt, um Material auf die Oberfläche des Substrats in Bezug auf ein festgelegtes Muster auszustoßen, dass er die Lichtquelle (314) wahlweise aktiviert, um Bilddaten zu empfangen, die von dem optischen Sensor erzeugt wurden, während die Lichtquelle (314) Licht in die Kante des Substrats eingestrahlt hat, und dass er funktionslose Tintenstrahlen in dem Druckkopf (22, 26) in Bezug auf die empfangenen Bilddaten und das festgelegte Muster erkennt,wobei das ebene Substrat (308) lichtdurchlässig ist und eine Totalreflexion des Lichtes bereitstellt, das in das ebene Substrat (308) entlang der mindestens einen Kante des ebenen Substrats (308) eintritt.A printer for forming objects, comprising:a planar substrate (308) having a surface and at least one edge along a perimeter of the substrate;a printhead (22, 26) configured to eject material onto the surface of the substrate;a light source (314 ), arranged to radiate light into the at least one edge of the substrate;an optical sensor (304) arranged to receive light emitted from the surface of the substrate, the optical sensor (304) being configured such that it can generate image data corresponding to the surface of the substrate; anda controller (324) operatively connected to the printhead (22, 26), the light source (314) and the optical sensor, the controller (324) being configured to actuate the printhead (22, 26), to eject material onto the surface of the substrate in a predetermined pattern, selectively activating the light source (314) to receive image data generated by the optical sensor while the light source (314) projects light into the edge of the substrate and that it detects inoperative ink jets in the print head (22, 26) in relation to the received image data and the specified pattern, the flat substrate (308) being translucent and providing total reflection of the light entering the flat substrate (308). 308) occurs along the at least one edge of the flat substrate (308).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Die in diesem Dokument offenbarte Vorrichtung betrifft Drucker, die dreidimensionale Objekte herstellen, und insbesondere die Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen in solchen Druckern.The apparatus disclosed in this document relates to printers that produce three-dimensional objects and, more particularly, to detecting inoperative ink jets in such printers.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Das Drucken von Dokumenten auf Substrate, wie Papier, ist gut bekannt. Neuere Druckformen umfassen jetzt dreidimensionale Digitalfertigung, auch bekannt als digitale, generative Fertigung. Dieser Drucktyp ist ein Prozess zum Erstellen eines dreidimensionalen, festen Objekts einer im Wesentlichen beliebigen Form von einem digitalen Modell. Dreidimensionaler Druck ist ein generativer Prozess, bei dem einer oder mehrere Druckköpfe nacheinander Schichten von Material auf ein Substrat in verschiedenen Formen ausstoßen. Dreidimensionales Drucken ist von herkömmlichen objektformenden Techniken zu unterscheiden, die im Wesentlichen auf dem Entfernen von Material von einem Werkstück durch einen subtraktiven Prozess, wie Fräsen oder Bohren, beruhen.Printing documents on substrates such as paper is well known. Newer forms of printing now include three-dimensional digital manufacturing, also known as digital generative manufacturing. This type of printing is a process of creating a three-dimensional, solid object of essentially any shape from a digital model. Three-dimensional printing is a generative process in which one or more print heads sequentially eject layers of material onto a substrate in various shapes. Three-dimensional printing is distinct from traditional object-forming techniques, which essentially rely on removing material from a workpiece through a subtractive process such as milling or drilling.
Die Produktion eines dreidimensionalen Objekts mit diesen Druckern kann Stunden oder bei einigen Objekten sogar Tage beanspruchen. Ein Problem, das bei der Produktion dreidimensionaler Objekte mit einem 3D-Drucker auftritt, ist eine anhaltende Funktionalität der Tintenstrahlen in den Druckköpfen, die die Materialtropfen ausstoßen, die die Objekte bilden. Während des Druckens eines Objekts können ein oder mehrere Tintenstrahlen nachlassen, indem das Material in einem Winkel zu dem Druckkopf anstelle der normalen Ausrichtung ausgestoßen wird, so dass Tropfen ausgestoßen werden, die kleiner sind als sie ein Tintenstrahl ausstoßen sollte, oder überhaupt keine Tropfen ausgestoßen werden. Ein Tintenstrahl mit einem dieser Funktionsfehler ist als funktionsloser Tintenstrahl bekannt. Gleiche Schwächen sind bei Druckköpfen im Dokumentendruck mit Druckköpfen bekannt. Wenn sich der Betriebsstatus von ein oder mehreren Tintenstrahlen während des Drucks eines dreidimensionalen Objekts verschlechtert, kann die Qualität des Druckkopfes nicht bewertet werden, bevor nicht der Druckvorgang abgeschlossen ist. Entsprechend können Druckaufträge, die viele Stunden oder mehrere Tage benötigen, Objekte erstellen, die die Vorgaben aufgrund funktionsloser Druckköpfe nicht erfüllen. Wenn solche Objekte erkannt sind, werden die gedruckten Objekte ausgesondert, wiederherstellende Verfahren werden auf die Druckköpfe angewendet, um die Tintenstrahlfunktionalität wiederherzustellen, und der Druckauftrag wird wiederholt. Selbst bei dem Druck von Dokumenten bei hoher Geschwindigkeit auf einer bewegten Bahn können inakzeptable Bilder über eine lange Strecke der Bahn erzeugt werden, und dieser Teil der Bahn muss evtl. ausgesondert werden.Producing a three-dimensional object with these printers can take hours or even days for some objects. One problem that arises when producing three-dimensional objects with a 3D printer is persistent functionality of the ink jets in the print heads that eject the droplets of material that form the objects. While printing an object, one or more ink jets may degrade, ejecting the material at an angle to the printhead instead of the normal orientation, ejecting drops that are smaller than an ink jet should eject, or ejecting no drops at all . An inkjet with any of these malfunctions is known as a dead inkjet. The same weaknesses are known for print heads in document printing with print heads. If the operating status of one or more ink jets deteriorates during printing of a three-dimensional object, the quality of the print head cannot be evaluated until printing is completed. Accordingly, print jobs that require many hours or several days can produce objects that do not meet specifications due to inoperative printheads. When such objects are detected, the printed objects are discarded, restorative procedures are applied to the printheads to restore inkjet functionality, and the print job is repeated. Even when printing documents at high speeds on a moving web, unacceptable images can be produced over a long stretch of the web and this portion of the web may need to be discarded.
Obwohl Systeme in Dokumentdrucksystemen entwickelt wurden, um funktionslose Tintenstrahlen zu erkennen, ist die Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen bei Objektdrucksystemen problematischer. Insbesondere sind sowohl bei Objektdruck- als auch Dokumentdrucksystemen die Verwendung der klaren Materialien und der Tinten problematisch. Diese Materialien und Tinten sind durch bildgebende Systeme schwer zu erkennen, weil der Kontrast zwischen klaren Tinten/Materialien auf den Substraten, auf die sie ausgestoßen werden, gering ist. Demzufolge gestaltet das Rauschen der Bilddaten der Muster auf dem Substrat die Analyse der Testmuster schwierig. Ein Apparat, der die Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen während des Druckens mit klarer Tinte oder klaren Materialien ermöglicht, würde wiederherstellende Verfahren ermöglichen, die während des Objektdrucks angewendet werden, so dass ein ordentlich gebildetes Objekt oder Dokument hergestellt werden kann. Auf diese Weise wird die Produktausbeute des Druckers verbessert, und der Druck ist wirtschaftlicher.Although systems in document printing systems have been developed to detect dead inkjets, detecting dead inkjets in commercial printing systems is more problematic. In particular, the use of clear materials and inks are problematic in both object printing and document printing systems. These materials and inks are difficult to detect by imaging systems because the contrast between clear inks/materials on the substrates onto which they are ejected is low. Accordingly, the noise of the image data of the patterns on the substrate makes the analysis of the test patterns difficult. An apparatus that enables the detection of inoperative ink jets during printing with clear ink or materials would enable restorative processes to be applied during object printing so that a properly formed object or document can be produced. In this way, the printer's product yield is improved and printing is more economical.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein System zur Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen in Druckköpfen zu verbessern. Dieses Ziel wird durch einen Drucker zum Formen von Objekten gemäß Anspruch 1 erreicht. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.It is the aim of the present invention to improve a system for detecting inoperative ink jets in printheads. This object is achieved by a printer for forming objects according to claim 1. Embodiments of the invention are set out in the dependent claims.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Die voranstehenden Erscheinungsformen sowie weitere Funktionen eines Apparats oder Druckers, der funktionslose Tintenstrahlen während eines dreidimensionalen Drucks erkennt, werden in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen erklärt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines 3D-Objektdruckers. -
2 ist eine Frontalansicht eines 3D-Objektdruckers mit einem Gehäuse, das einen Raum in dem Gehäuse für ein Modul darstellt, das eine Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen in dem Druckkopf während einer Druckoperation ermöglicht. -
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Moduls zur Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen, das in den in2 gezeigten Raum passt. -
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betätigen des Moduls aus3 .
-
1 is a perspective view of a 3D object printer. -
2 is a front view of a 3D object printer with a housing, illustrating a space in the housing for a module that enables detection of inoperative ink jets in the printhead during a printing operation. -
3 is a perspective view of a non-functioning inkjet detection module shown in Figures 12 shown space fits. -
4 is a flowchart of a method for operating the module3 .
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung für die hier offenbarte Vorrichtung sowie die Einzelheiten für die Vorrichtung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Bezugsnummern ähnliche Elemente.For a general understanding of the environment for the device disclosed herein, as well as the details for the device, reference is made to the drawings. In the drawings, similar reference numbers indicate similar elements.
Der Controller 46 ist auch wirksam mit mindestens einem und möglicherweise auch mit mehreren Stellgliedern verbunden, um Bewegung des ebenen Trägerelements 34, des säulenförmigen Trägerelements 38 und der Druckköpfe 22, 26 relativ zueinander zu steuern. D.h. ein oder mehrere Stellglieder können wirksam mit einer Struktur der Druckköpfe verbunden sein, um die Druckköpfe in eine Prozessrichtung und eine Richtung quer zum Prozess in Bezug auf die Oberfläche des ebenen Trägerelements zu bewegen. Alternativ können ein oder mehrere Stellglieder wirksam mit dem ebenen Trägerelement 34 oder dem säulenförmigen Trägerelement 38 verbunden sein, um die Oberfläche, auf der das Teil hergestellt wird, in Prozessrichtung und in einer Richtung quer zum Prozess zu bewegen. Wie hier verwendet, betrifft der Begriff „Prozessrichtung“ eine Bewegung längs einer Achse in der Oberfläche des ebenen Trägerelements 34, und „Richtung quer zum Prozess“ betrifft eine Bewegung längs einer Achse in der ebenen Trägerelement-Oberfläche, die senkrecht auf die Prozessrichtungsachse in dieser Oberfläche steht. Diese Richtungen sind mit den Buchstaben „P“ und „C-P“ in
Ein 3D-Objektdrucker mit einem Gehäuse ist in
Der in
Eine Ausführungsform eines Moduls, das funktionslose Tintenstrahlen während des Objektdrucks erkennt, ist in dem Blockdiagramm von
Das lichtdurchlässige Substrat 308 ist ein ebenes Element aus einem Material, das den Werkstoff und das Trägermaterial, die von dem Druckkopf 86 ausgestoßen werden, unterstützt und das eine Totalreflexion des Lichts bereitstellt, das entlang einer Kante des Substrats eintritt. Diese Materialien ermöglichen, dass Licht, das entlang einer Kante des Substrats eintritt, in dem ebenen Substrat bleibt, solange nicht irgendein Material auf der Oberfläche des Substrats die Totalreflexionseigenschaft an der Grenzfläche zwischen dem Material und der ebenen Oberfläche ändert. Für Drucker, die Materialien oder Tinte mit einem Brechungsindex in einem Bereich von ca. 1,3 bis ca. 1,5 ausstoßen, besitzt das lichtdurchlässige Substrat typischerweise einen Brechungsindex in einem Bereich von ca. 1,4 bis ca. 1,8. Das ebene Substrat kann z.B. im Wesentlichen aus Polycarbonat, Acryl oder Glas bestehen. Wenn das Substrat bedruckt wird, ermöglicht der ähnliche Brechungsindex von ausgestoßenem Material auf der ebenen Oberfläche des Substrats sowie des Substrats, dass Licht, das sich in dem Substrat ausbreitet, trotz des flachen Einfallswinkels in Bezug auf die Grenzfläche zwischen Substrat und Material in das Material eintritt. Das Licht in dem Material besitzt einen steilen Einfallswinkel in Bezug auf die Innenflächen des Materials auf dem Substrat, so dass Licht in die umgebende Luft austreten kann. Andere Anteile des Lichts erfahren zahlreiche interne Reflexionen, bevor sie schließlich aus dem Material austreten. Das entweichende Licht stellt eine visuelle Anzeige der Position des Materials auf der ebenen Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats dar, da das aus den Materialhaufen entweichende Licht in deutlichem Kontrast mit der unbedeckten Oberfläche steht, wo das Licht nicht entweicht. Wenn der Sensor 304 über das Substrat 308 bewegt wird, erzeugt der Sensor 304 elektrische Signale, die Bilddaten des Testmusters auf dem Substrat 308 bilden.The translucent substrate 308 is a planar element of material that supports the material and substrate ejected from the printhead 86 and that provides total reflection of light entering along an edge of the substrate. These materials allow light entering along an edge of the substrate to remain within the planar substrate unless any material on the surface of the substrate changes the total internal reflection property at the interface between the material and the planar surface. For printers that eject materials or ink with a refractive index in a range of about 1.3 to about 1.5, the translucent substrate typically has a refractive index in a range of about 1.4 to about 1.8. The flat substrate can, for example, consist essentially of polycarbonate, acrylic or glass. When the substrate is printed, the similar refractive index of ejected material allows on the flat surface of the substrate as well as the Substrate that light that propagates in the substrate enters the material despite the shallow angle of incidence with respect to the substrate-material interface. The light in the material has a steep angle of incidence relative to the interior surfaces of the material on the substrate, allowing light to escape into the surrounding air. Other parts of the light experience numerous internal reflections before finally emerging from the material. The escaping light provides a visual indication of the position of the material on the flat surface of the translucent substrate, as the light escaping from the material piles is in marked contrast to the uncovered surface where the light is not escaping. When the
In
Zu festgelegten Zeitpunkten des Druckbetriebs betätigt der Controller 108 (
Der Prozess von
Das Reinigungselement 320 ist an einem Trägerelement 348 montiert, das wirksam mit einem Stellglied 316 verbunden ist. Wie oben erwähnt, betätigt der Controller 324 das Stellglied, um das Trägerelement zu bewegen und das Substrat 308 mit dem Reinigungselement 320 zu reinigen. Diese Aktion kehrt Werkstoff und Trägermaterial von dem Substrat 308 in den Abfallbehälter 328, um die Oberfläche des Substrats für den Druck eines weiteren Testmusters zu erneuern. Das Reinigungselement 320 kann einen Vorrat an Reinigungslösung 340 umfassen, das so gestaltet ist, dass es Reinigungslösung auf dem Substrat verteilt, bevor das Reinigungselement das Substrat kehrt. Die Reinigungslösung wirkt chemisch auf Werkstoff und Trägermaterial ein, um das Material zu lösen, bevor es mit dem Reinigungselement in Berührung kommt. Zusammen oder alternativ kann eine Heizvorrichtung 344 wirksam mit dem Controller verbunden werden, um die Heizvorrichtung wahlweise mit einem Netzteil zu verbinden. Die Heizvorrichtung ist in Bezug auf das Reinigungselement 320 angeordnet, um Werkstoff und Trägermaterial zu erhitzen, bevor das Reinigungselement das Substrat 308 kehrt.The
Obwohl sich die oben diskutierten Ausführungsformen in einem Drucker befinden, der dreidimensionale Objekte formt, können ein lichtdurchlässiges Substrat und das System, das funktionslose Tintenstrahlen aufgrund des Lichts erkennt, das ein solches Substrat emittiert, auch bei 2D-Dokumentdrucksystemen verwendet werden, insbesondere bei solchen, die klare Tinten verwenden. Wie also in diesem Dokument verwendet, betrifft das Wort „Material“ Substanzen, die verwendet werden können, um dreidimensionale Objekte zu bilden, als auch Tinten, die für den Dokumentdruck verwendet werden. Bei Dokumentdrucksystemen kann ein lichtdurchlässiges Substrat benachbart eines Druckbereichs in dem Drucker angeordnet sein, und von Zeit zu Zeit wird der Druckkopf gegenüber dem Substrat bewegt, um Tinte auf das Substrat auszustoßen. Dann wird Licht in das Substrat eingestrahlt und das Substrat wird abgebildet, so dass die Bilddaten analysiert werden können, um funktionslose Tintenstrahlen zu identifizieren. Gleichermaßen können Druckköpfe, die klare Tinte auf eine bewegliche Bahn oder ein Bildgebungselement, wie eine Walze, ausstoßen, zum Bedrucken und zur Erkennung funktionsloser Tintenstrahlen gegenüber einem lichtdurchlässigen Substrat bewegt werden.Although the embodiments discussed above are in a printer that forms three-dimensional objects, a translucent substrate and the system that detects inoperative ink jets based on the light such a substrate emits may also be used in 2D document printing systems, particularly those that use clear inks. Thus, as used in this document, the word "material" refers to substances that can be used to form three-dimensional objects as well as inks that are used for document printing. In document printing systems, a translucent substrate may be positioned adjacent a print area in the printer and from time to time the print head is moved relative to the substrate to eject ink onto the substrate. Light is then irradiated into the substrate and the substrate is imaged so that the image data can be analyzed to identify nonfunctional inkjets. Likewise, printheads that eject clear ink onto a movable web or imaging element, such as a roller, can be moved relative to a translucent substrate for printing and detecting inoperative ink jets.
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